Aceros superbainíticos y métodos de fabricación de los mismos.

Acero bainítico que está libre de carburos y que comprende entre 90% y 50% de bainita,

siendo el restoaustenita, en el que el carbono en exceso permanece dentro de la ferrita bainítica a una concentración más allá dela consistente con el equilibrio, con un reparto parcial de carbono en la austenita residual, que tiene plaquetas debainita con un grosor de 100 nm o menos, comprendiendo en porcentaje en peso: carbono 0,6% a 1,1%,manganeso de 0,3 a 1,5%, níquel hasta 3%, cromo 0,5% a 1,5%, molibdeno 0% a 0,5%, vanadio hasta 0% a0,2%, contenido de silicio en el intervalo de 0,5% a 2% en peso, y el resto hierro salvo las impurezas incidentales.

Aceros superbainíticos y métodos de fabricación de los mismos Esta invención se refiere a acero bainítico. En particular, se refiere, pero no se limita a, aceros adecuados para blindaje. La invención también se refiere a microestructuras de transición que se pueden procesar posteriormente en acero bainítico.

Un acero principalmente bainítico es convencionalmente aquel que tiene al menos una estructura de ferrita 10 bainítica del 50%. La bainita se clasifica en dos grupos, bainita superior e inferior.

La bainita superior está libre de precipitado de carburo dentro de los granos de ferrita bainítica, pero puede tener carburo precipitado en los límites.

La bainita inferior tiene carburo precipitado en los granos de ferrita bainítica en un ángulo característico con los límites del grano. También puede haber carburos precipitados en los límites.

Más recientemente, se ha descrito bainita libre de carburo, que comprende entre 90% y 50% de bainita, siendo el resto austenita, en la que el carbono en exceso permanece dentro de la ferrita bainítica a una concentración más allá de la consistente con el equilibrio; también existe un reparto parcial de carbono en la austenita residual. Tal acero bainítico tiene plaquetas muy finas de bainita (grosor 100 nm o menos) . En esta memoria descriptiva, la expresión “acero superbainítico” se usa para tal acero.

El documento WO 01/011096 A (THE SECRETARY OF STATE FOR DEFENCE) 15/02/2001 describe y reivindica un acero principalmente bainítico. Aunque este material tiene bajos costes de aleación en comparación con otros aceros de blindaje duros conocidos, la fabricación implica calentar durante largos períodos de tiempo, particularmente en la transformación en bainita, resultando costes energéticos y escalas de tiempo de producción elevados. Este acero bainítico es también muy difícil de maquinar, perforar o conformar. Como resultado, su utilidad industrial está limitada.

La solicitud de patente japonesa JP 05-320740A describe un acero de bainita inferior que no está libre de carburo. Brown, P.M y Baxter, D.P., “Hyper strength bainitic steels”, Materials Science and Technology 2004, 26-29, 45 de septiembre de 2004, Vol. 1, 433-438, tiene una descripción similar al documento WO 01/011096.

La presente invención proporciona un acero superbainítico que es comparativamente económico de fabricar. También se describen aquí procedimientos de fabricación que permiten una maquinación, una perforación y una conformación más fáciles durante el procedimiento de fabricación. La invención se da en las reivindicaciones.

En la presente invención, un acero superbainítico comprende constituyentes en porcentaje en peso:

carbono 0, 6% a 1, 1%; manganeso 0, 3% a 1, 5%; níquel hasta 3%; cromo 0, 5% a 1, 5%;

molibdeno hasta 0, 5%; vanadio hasta 0, 2%; junto con 0, 5-2% de silicio para hacer que la bainita esté sustancialmente libre de carburo; siendo el resto hierro salvo las impurezas incidentales.

Tal acero puede ser muy duro, 550HV a 750HV.

Se prefiere silicio a aluminio, tanto en base al coste como por la facilidad de fabricación; para aceros de blindaje, por lo tanto, el aluminio no se usaría normalmente. El contenido mínimo práctico de silicio es 0, 5% en peso, y no debe exceder 2% en peso. El silicio en exceso hace al proceso difícil de controlar.

Los intervalos preferidos de algunos de los otros constituyentes del acero superbainítico, en porcentaje en peso, son:

manganeso 0, 5% a 1, 5%;

cromo 1, 0% a 1, 5%; molibdeno hasta 0, 2% a 0, 5%; vanadio 0, 1% a 0, 2%.

La presencia de molibdeno ralentiza la transformación en perlita. Por lo tanto, hace más fácil la transformación final en bainita, ya que se reduce el riesgo de transformación en perlita. La presencia de vanadio ayuda a la tenacidad.

Variando el contenido de manganeso, se ha encontrado que se puede variar la velocidad de transición a bainita: cuanto mayor es el contenido de manganeso, más lenta es la transición. Sin embargo, desde un punto de vista práctico, se ha encontrado que un contenido de manganeso de alrededor de 1% en porcentaje en peso proporciona un compromiso sensible entre la velocidad de transición (y de este modo menores costes de energía) y la capacidad para controlar el proceso. En realidad, el contenido de manganeso, incluso si se opta por un 1% en porcentaje en peso, variará entre alrededor de 0, 9% y 1, 1% en porcentaje en peso, y de este modo, en el contexto de esta invención, la expresión “alrededor de” implica una posible variación de + o -10% respecto de las cifras dadas.

Se ha encontrado que los aceros superbainíticos hechos de constituyentes dentro de los intervalos preferidos tienen plaquetas de bainita extremadamente finas (grosor de plaqueta en promedio 40 nm o menos, y habitualmente alrededor de 20 nm de grosor) y una dureza de 630HV o mayor.

Los aceros superbainíticos descritos aquí están sustancialmente libres de austenita bloqueante.

En otro aspecto, un método de fabricación de acero superbainítico incluye las etapas de:

enfriar un acero que tiene una composición según se caracteriza en los párrafos previos de forma suficientemente rápida para evitar la formación de perlita a partir de una temperatura por encima de su temperatura de transición austenítica hasta una temperatura por encima de su temperatura de comienzo de martensita, pero por debajo de la temperatura de comienzo de bainita; mantener el acero a una temperatura dentro de ese intervalo durante un tiempo de hasta 1 semana.

Se pueden incluir etapas adicionales:

enfriar inicialmente un acero que tiene una composición como se caracteriza en los párrafos previos hasta un estado completamente de perlita; recalentar al acero hasta un estado completamente austenítico;

El acero se enfría entonces y se transforma como se describe en el párrafo previo.

La temperatura de comienzo de martensita varía considerablemente, dependiendo de la composición exacta de la aleación. En las Figuras descritas más abajo se muestran ejemplos ilustrativos para varias composiciones. Para fines prácticos, la temperatura de transformación estaría por encima de 190º C, para asegurarse de que la transformación tuvo lugar de forma razonablemente rápida.

Se pueden incluir etapas adicionales:

recalentar al acero en su forma de perlita para austenitizarlo, y permitir que el acero se enfríe nuevamente de forma suficientemente lenta hasta una fase completamente 45 de perlita.

Esta etapa se puede repetir.

Otra etapa posible es recocer al acero en su forma de perlita. Esto se realiza mejor como la etapa previa a la 50 austenitización final y las etapas de transformación subsiguientes.

Normalmente, en la práctica, cuando se llevan a cabo las etapas de formación de perlita, se dejará que el acero alcance la temperatura ambiente.

Es una característica del procedimiento descrito en los párrafos anteriores que, como perlita, el acero se puede maquinar, taladrar y conformar con relativa facilidad. En su forma de perlita, la aleación del acero es un producto comercial útil que se puede vender por sí mismo. Se puede cortar, maquinar, taladrar o conformar antes de la venta, teniendo el comprador que llevar a cabo sólo las etapas finales de austenitización y transformación, o el productor podría llevar a cabo el maquinado, el taladrado o la conformación, dejando a los compradores que lleven 60 a cabo las etapas finales para transformar el acero en acero superbainítico.

El acero se puede laminar en caliente mientras está en fase de austenita.

El acero normalmente laminado obtenido de esta manera se cortará en trozos antes de la transformación en acero superbainítico.

Se ha encontrado que la transformación en acero superbainítico tiene lugar mejor entre 8 horas y 3 días, aunque más económicamente en alrededor de 8 horas. Se obtiene un buen compromiso entre la fabricación económica y la dureza si la etapa de transformación está en el intervalo de temperatura de 220º C a 260º C, e idealmente en 250º C.

Si el acero está en chapas gruesas (por encima de 8 mm de grosor) , la distribución de temperatura en el acero cuando alcanza la temperatura de transformación en bainita puede no ser uniforme. La temperatura en el centro de la chapa, en particular, puede seguir estando por encima de la temperatura de transformación deseada, con el resultado de que se obtienen propiedades de transformación no uniformes. Para superar esto, el acero en cuestión se enfría desde su temperatura de austenitización hasta una temperatura justo por... [Seguir leyendo]

1. Acero bainítico que está libre de carburos y que comprende entre 90% y 50% de bainita, siendo el resto austenita, en el que el carbono en exceso permanece dentro de la ferrita bainítica a una concentración más allá de la consistente con el equilibrio, con un reparto parcial de carbono en la austenita residual, que tiene plaquetas de bainita con un grosor de 100 nm o menos, comprendiendo en porcentaje en peso: carbono 0, 6% a 1, 1%, manganeso de 0, 3 a 1, 5%, níquel hasta 3%, cromo 0, 5% a 1, 5%, molibdeno 0% a 0, 5%, vanadio hasta 0% a 0, 2%, contenido de silicio en el intervalo de 0, 5% a 2% en peso, y el resto hierro salvo las impurezas incidentales.

2. Acero bainítico según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de manganeso está en el intervalo de 0, 5% en peso a 1, 5% en peso.

3. Acero bainítico según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el contenido de manganeso es alrededor de 1% en peso. 15

4. Acero bainítico según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el grosor medio de las plaquetas de bainita está por debajo de 40 nm.